(57)【要約】【課題】燃料電池を用いる非常用発電システムの燃料電池や燃料を商用する筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールで発電する電力を待機電力として利用することで商用待機力を削減でき、ランニングコストを安価にできる非常用発電システムを提供すること。【解決手段】筐体１０内に、燃料電池１１と、燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、停電時に手動又は自動で前記燃料電池の発電運転を開始し、対象とする重要負荷３２に電力を供給する非常用燃料電池発電システムにおいて、筐体１０の外壁面に太陽電池モジュール１５を設け、該太陽電池モジュール１５による発電電力により当該システムの待機電力の一部を賄うように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、燃料電池と、燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、停電時に手動又は自動で前記燃料電池の発電運転を開始し、対象とする負荷系統に電力を供給する非常用燃料電池発電システムにおいて、
前記筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールによる発電電力により当該システムの待機電力の一部を賄うように構成したことを特徴とする非常用燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の非常用燃料電池発電システムにおいて、
蓄電池を設け前記太陽電池モジュールによる発電電力に余剰が生じた場合、該余剰電力を前記蓄電池に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力として使用することを特徴とする非常用燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非常用燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする非常用燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷に対する商用電力系統からの電力供給が停電等により停止された際に、燃料電池を起動して該重要電力負荷に対する電力供給を開始、継続する非常用燃料電池発電システムに関し、特に太陽電池を備え、該太陽電池による発電電力を有効に利用し、システムの待機電力に占める商用電力の割合を低減させることができる非常用燃料電池発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷に対しては、その重要性から商用電力系統からの電力供給が停電等により停止された際に、これに代って非常電力を供給する手段を備えていることがある。これまでは非常電力供給手段としてディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた発電設備が使用されていたが、ディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた発電設備には、運転時に公害物質を排出することや、運転時の騒音値が大きい等の問題がある。
【０００３】
燃料電池は発電時に排出されるのは水と熱だけのクリーンな発電方式であり、且つ運転時の騒音も小さい等の特徴を有しており、近年の燃料電池開発の進行とともに、非常用発電システムとしての運用が検討されてきている。特に水素を燃料とする固体高分子形燃料電池は起動時間が短く、迅速に起動できることから、最も非常用発電設備として適しているとして注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記燃料電池を用いる非常用発電システムでは、燃料電池や水素ガス容器を収容する筐体内温度は、当該非常用発電システムを設置する環境の周囲温度に左右されていた。待機状態において、周囲温度により筐体内温度が所定の温度以上になった場合は燃料電池に付随する換気ファンによる強制換気を実施している。また、筐体内温度が所定の温度以下になった場合は、筐体内に配置したスペースヒータ等の電力を利用する加熱器による加温を実施する構成となっている。上記のように換気ファンによる強制換気やスペースヒータ等による加温は商用電力系統からの商用電力を利用することにより行われるため、ランニングコストの増大を招くという欠点がある。
【０００５】
また、待機中に換気ファンによる強制換気が必要となるのは、通常夏期の昼間で気温が高く、日射が強い時間帯になることが予想できる。このような環境では太陽電池にとっても好条件となり発電電力も大きくなるので、待機電力の需要と太陽電池の供給バランスが良い運転となる。これに対して、待機中にスペースヒータ等の電力を利用した加熱器による加温が必要となるのは、通常冬期の夜間で気温が低く、日射が無い時間帯になることが予想される。また、冬期の昼間は太陽高度が低いものの空気が澄んでいることから、比較的強い日射が得られることから、太陽電池による発電電力には余剰電力が多く生じることとなり、このような環境下では待機電力の需要と太陽電池の供給のバランスは非常に悪い運転となる。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、燃料電池を用いる非常用発電システムの燃料電池や燃料を商用する筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールで発電する電力を待機電力として利用することで商用待機力を削減でき、ランニングコストを安価にできる非常用発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、筐体内に、燃料電池と、燃料となる水素ガスを収容した水素ガス容器を備え、停電時に手動又は自動で前記燃料電池の発電運転を開始し、対象とする負荷系統に電力を供給する非常用燃料電池発電システムにおいて、前記筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールによる発電電力により当該システムの待機電力の一部を賄うように構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の非常用燃料電池発電システムにおいて、蓄電池を設け、前記太陽電池モジュールによる発電電力に余剰が生じた場合、該余剰電力を前記蓄電池に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力として使用することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の非常用燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、筐体外壁面に太陽電池モジュールを設け、該太陽電池モジュールによる発電電力により当該システムの待機電力の一部を賄うように構成したので、その分商用系統から供給される待機電力を節約でき、ランニングコストが安価となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、蓄電池を設け、太陽電池モジュールによる発電電力に余剰が生じた場合、該余剰電力を蓄電池に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力として使用するので、待機電力の需要と太陽電池の供給とのアンバランスを吸収することができ、さらなるランニングコストの低減が可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明はによれば、燃料電池が固体高分子形燃料電池であるので、短い時間で迅速に起動できる非常用燃料電池発電システムが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明に係る非常用燃料電池発電システムの構成例を示す図である。図１において、１０は内部に非常用燃料電池発電システムを構成する機器を収容する筐体であり、該筐体１０内には燃料電池１１、制御盤１２、スペースヒータ１３、換気ファン１４及び図示は省略するが燃料となる水素ガスを収容する水素ガスボンベ等が収容配置されている。筐体１０の外壁面には太陽電池モジュール１５が設けられている。非常用燃料電池発電システムの待機中は商用電力系統３０から分電盤３１を介して商用電力１００が供給され、電力切替器１６の商用電力側接点１６ａを通して交通信号機管理システム等に代表される重要電力負荷３２に供給されている。
【００１５】
商用電力１００の一部１００ａは燃料電池１１に内蔵されているバッテリー充電用としてとして燃料電池１１に供給されている。また、商用電力１００の一部１００ｂは直流変換用として負荷切替器１７のメイン側接点１７ａを介してＡＣ／ＤＣ変換器１８に供給され、変換されたＤＣ電力はＤＣ電源切替器１９の接点１９ａを通してスペースヒータ１３や換気ファンに供給できるようになっている。また、太陽電池モジュール１５で発電されたＤＣ電力はＤＣ電源切替器１９の接点１９ｂを通してスペースヒータ１３や換気ファン１４に供給できるようになっている。また、商用電力１００の一部１００ｃは無停電電源装置（ＵＰＳ）２０に供給され、無停電電源装置（ＵＰＳ）２０から制御盤１２に電源が供給されるようになっている。また、２１は商用電力系統３０の停電及び復電を検出する制御盤１２に内蔵の停電／復電検出部である。
【００１６】
制御盤１２は、運転モード選択（自動／断／手動）、燃料電池運転・停止制御、非常運転制御、管理運転制御、換気・温調制御を行なう機能を有する。商用電力系統３０が給電中であれば、上記のように商用電力系統３０から分電盤３１を介して商用電力１００が重要電力負荷３２に供給されている。太陽電池モジュール１５が発電していれば、その発電ＤＣ電力はＤＣ電源切替器１９の接点１９ｂを通してスペースヒータ１３や換気ファン１４に供給されており、制御盤１２は筐体１０内の温度を燃料電池１１が何時でも運転できる所定温度範囲の温度になるように、スペースヒータ１３や換気ファン１４に運転／停止指令Ｓ１、Ｓ２を出力し、スペースヒータ１３や換気ファン１４を運転又は停止させている。
【００１７】
また、夜間や雨天等で太陽電池モジュール１５が発電していない時は制御盤１２は負荷切替器１７に負荷切替指令Ｓ３を送り該負荷切替器１７をメイン側に切替、商用電力１００の一部１００ｂをメイン側接点１７ａを介してＡＣ／ＤＣ変換器１８に供給し、ＡＣ／ＤＣ変換器１８で変換したＤＣ電力をスペースヒータ１３や換気ファン１４に供給し、制御盤１２からの運転／停止指令Ｓ１、Ｓ２により、スペースヒータ１３や換気ファン１４の運転・停止を行ない、筐体１０内の温度を燃料電池１１が何時でも運転できる所定温度範囲の温度に維持する。また、スペースヒータ１３や換気ファン１４等は比較的不安定な太陽電池モジュール１５からの発電ＤＣ電力でも運転できるようになっている。
【００１８】
商用電力系統３０が停電になり、該停電／復電検出部２１がそれを検出すると、制御盤１２は燃料電池１１に運転／停止指令Ｓ４の運転指令を出力し、該燃料電池１１からの運転完了アンサＳ５を受信し、燃料電池１１の運転を確認する。また、電力切替器１６に切替指令Ｓ６を出力し、該燃料電池１１を燃料電池側に切替える。これにより燃料電池１１で発電された電力は電力切替器１６の燃料電池側接点１６ｂを通って、重要負荷３２に供給される。この場合もに太陽電池モジュール１５が発電していれば太陽電池モジュール１５からの電力で、発電していなければ燃料電池１１からの電力をＡＣ／ＤＣ変換器１８で変換したＤＣ電圧でスペースヒータ１３や換気ファン１４の運転・停止を行ない、筐体１０内の温度を適切な温度に維持する。
【００１９】
上記のように非常用燃料電池発電システムの筐体１０の外壁面に太陽電池モジュール１５を設置し、その発電直流電力を比較的不安定な電源でも動作可能なスペースヒータ１３や換気ファン１４等の負荷に直接供給し、且つ独立電源（系統連系なし）として利用することにより、イニシャルコストを大幅に増大させることなく、スペースヒータ１３や換気ファン１４等の運転に必要な待機電力に太陽電池モジュール１５で発電するＤＣ電力を利用することができ、ランニングコストを低減させることが可能となる。
【実施例２】
【００２０】
図２は本発明に係る非常用燃料電池発電システムの構成例を示す図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すので、その詳細な説明は省略する。本非常用燃料電池発電システムが図１の非常用燃料電池発電システムと異なる点は、蓄電池２２を設け、該蓄電池２２に太陽電池モジュール１５による発電電力を一旦該蓄電池２２に蓄電させることにより、余剰電力を蓄電池２２に蓄電し、該蓄電した電力を夜間の待機電力としスペースヒータ１３や換気ファン１４等に使用する。これにより待機電力の需要と太陽電池の供給とのアンバランスを吸収することができ、さらなるランニングコストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る非常用燃料電池発電システムの構成例を示す図である。（実施例１）
【図２】本発明に係る非常用燃料電池発電システムの構成例を示す図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００２２】
１０      筐体
１１      燃料電池
１２      制御盤
１３      スペースヒータ
１４      換気ファン
１５      太陽電池モジュール
１６      電力切替器
１７      負荷切替器
１８      ＡＣ／ＤＣ変換器
１９      ＤＣ電源切替器
２０      無停電電源装置（ＵＰＳ）
２１      停電／復電検出部
２２      蓄電池
【図１】
2006004700.tif 000003
【図２】
2006004700.tif 000004